Реферати » Реферати з біології » Біоритми людини

Біоритми людини

використовуватися скорочена назва терміна
«крива підстроювання фази» , або скорочено, КПФ.

Важко переоцінити важливість отримання КПФ для людини. Знання КПФ мають вирішальні значення для розробки заходів профілактики десинхроноза, що виникає через «перепаду часу» - після трансмерідіанних перельотів, при змінній роботі, а також, можливо, при періодичної серйозної депресії, безсонні і слабкості в денний час. Регулярне перебування на денному світлі в строго певний час доби може часом стати щадить заміною кофеїну, снодійних таблеток і антіпрессантов. В даний час проводяться широко масштабні експерименти по зміні КПФ людини. Вони повинні відкрити можливості підвищення ефективності загарбання ціркадіанних ритмів людини щоденним циклом світла-темряви.

Якщо сигнал часу (денне світло) повторюється регулярно, щоразу, підлаштовуючи годинник відповідно з КПФ, і якщо до того ж сама КПФ весь час залишається незмінною, то наслідки (результуючу фазу) можна передбачити з математичною точністю. Результати загарбання добре пояснити, й цілком узгоджуються з даними експериментів. Регулярне періодичне повторення впливу одним і тим же стимулом може привести до вічного хаотичного блукання фази; або до стабільного загарбання, коду щоразу до початку

19

впливу годинник приходять в одну і ту ж саму фазу: або до ситуації, коли до початку сигналу годинник приходять то в одну то в іншу фазу - через раз: або теж саме, але з повторенням кожні 4 або 5 періодів і т. д. Все залежить від співвідношення власного періоду годин і періоду стимуляції, а також, зрозуміло, від сили і характеру стимулу і від пристрою годин. Для таких годин, які відразу після впливу стимулу повертаються до свого циклу (лише із зсувом фази), щоб передбачити результат, досить знати КПФ.

Які форми може приймати КПФ? Почнемо з буквальною моделі годинників, до годинниковою стрілкою механічних годинників підвішений вантаж, який тягне стрілку вниз, а за нею змінює швидкість ходу і весь механізм годинника. Уявіть собі, що циферблат годинника розрахований на 24години, а не на 12, як звичайно.
Тоді в 0 і 12 годин вантаж не буде впливати на швидкість руху стрілки, але в 6 годин він може його прискорити, а 18 - навпроти, сповільнити. Якщо зняти тягар, годинник показуватиме не той час, що з вантажем. Що ж саме будуть показувати годинник? Це залежить від ваги вантажу і від того, як довго він буде висіти і в котрій годині його підвісять? Тобто короткочасне додаток вантажу в 6:00 викличе деяке випередження фази, а в 18 годин - невелику затримку.

Ціркадіанние годинник схожі на механічні в трьох відносинах: їх період після обурення швидко повертається до норми, відповідним чином підібраний стимул може змусити їх відхилитися від діагональної лінії «нова фаза«, і величина цього відхилення плавно залежить від часу впливу.

Однак ціркадіанние годинник фундаментально відрізняються від моделі: їх КПФ не завжди є простим вигином діагоналі. Ця властивість ціркадіанних годин було відкрито зовсім недавно, і з нього випливають дивовижні слідства. Їх КПФ легше уявити у вигляді'' бублика'' або тора.
Якого роду криві можуть розміститися на торі? Якщо КПФ для кожного значення старої фази дає єдине значення нової, то крива повинна бути замкнута в кільце: за один оборот старої фази нова фаза, безперервно змінюючись в одному напрямку, повернеться до свого початкового значення, замкнувши власний цикл. Якщо нова фаза = стара фаза, то КПФ пройде по діагоналі нашої координатної сітки, починаючи з точки перетину двох координатних осей, перетне екватор, при цьому, здійснюючи один виток і проходячи через центральний отвір, і повернеться до вихідної точки, замикаючи кільце. Такий тип підстроювання характерний для будь-яких біологічних годин при дуже слабкому стимулі.

Тепер розглянемо ситуацію, коли фази надають кілька більший вплив трохи більше сильний стимул - КПФ зміниться ненабагато.
Стосовно до моделі годинників, навіть якщо ефект від стимулу не малий, КПФ залишається якісно тієї ж: як і раніше вона замкнута в кільце, один раз проходить через отвір тора. Це - єдиний тип кривої, властивий будь-яким годинах, які називаються простими, які можуть лише прискорювати і сповільнювати свій хід, причому тільки в залежності від зовнішніх умов (сили впливу) і власної миттєвої (поточної) фази. Такий тип підстроювання годин називається підстроюванням типу один, або непарній підстроюванням.

У придельной випадку цього нового типу підстроювання фази досить сильний стимул незалежного від часу впливу повертає систему щоразу в одне і теж стан: нова фаза постійна і не залежить від старої. Такий тип підстроювання, представлений КПФ, яка зовсім не робить витків у коло тора, називається підстроюванням типу 0, або парної підстроюванням, тому що кільце КПФ утворює нуль (парне число) витків. Іноді його називають сильною підстроюванням, оскільки він з необхідністю передбачає випередження і (або) затримки фази, що перевищували за величиною половину циклу.
Парний підстроювання, як ми вже знаємо, представлена ??КПФ, яка навивается на тор +1 разів. Іноді її називають слабкою підстроюванням, тому що вона виходить при дуже малих зрушеннях фази і завжди буває при вкрай слабких впливах. Однак важливо саме число витків, а не величина зсуву фази. Остання буває оманливою.

Запитання про топологію КПФ вперше були поставлені (і вирішені) менше 20 років тому. Як це часто буває в науці, поява теорії дозволило визнати, нарешті, явище, яке давно вже

20 було описано, але якось все не вкладалося в головах вчених, поки для нього не були побудовані концептуальні рамки. Як і багато інших нові поняття в науці, парна підстроювання фази не сприймалася протягом десятиліття, незважаючи на опублікування експериментальних даних.

Перші відомості про парною підстроюванні фази були отримані на одноклітинної свободноплавающей водорості - жгутиконосцами Gonyaulax. Вона бурого кольору від хлорофілу і супутніх пігментів, які дуже ефективно використовують протягом дня сонячне світло. Вночі Gonyaulax зайнята зовсім іншою справою: розмножується шляхом поділу клітини навпіл. Ночами вона ще світиться тьмяним ледве помітним блакитним світлом - до тих пір, поки клітини не піддадуться механічному збудженню. Якщо пропливає повз рибка зачепить клітини, вони тут же яскраво спалахнуть, і ми побачимо що тягнеться за рибою мерехтливий шлейф біолюмінесценції. У лабораторних умовах, без всяких риб, фотоумножувач показує, що клітини однаково спонтанно світяться, причому особливо яскраво, - коли по їх внутрішнім годинником ніч (при ізоляції від звичайного циклу світла-темряви пік світіння спостерігається кожні 23 години).

В експерименті велика кількість однакових пробірок з водоростями утримувалися в умовах ізоляції від часу. На кожну пробірку діяли імпульсом яскравого світла - в різний час, при різних старих фазах циркадианного циклу клітин. Для різних пробірок, (в міру зростання старої фази) імпульс приходить по тому все більший час після максимуму світіння. Підстроювання годин під час світлового імпульсу відбувається в кожній пробірці залежно від величини старої фази. Наступні максимуми світіння наступають відповідно з випередженням або запізненням. При старій фазі близько 6 годин реакція клітини різко змінює знак: від значної затримки фази до ще більшого випередженню. Так виявляється критичний момент у механізмі циркадианной ритмічності.

Чи, може, це лише видимість критичного моменту. Справді, дані про затримки і випередження фази правильніше було б назвати одним з варіантів пояснення даних. Розглянемо інший варіант. Піки світіння можна з'єднати і безперервною лінією, изгибающейся вздовж діагоналі, паралельної смузі світлових імпульсів, і інший кривої, що лежить на 23 години нижче, і ще нижче і так далі - немає ніякого розриву. Безперервні криві згинаються уздовж горизонталі, а не діагоналі, і повторюються одна під одною з інтервалом 23 години. Нова фаза в момент закінчення стимулу (або через 23, 46, або 69 годин після цього) є час, минуле з попереднього піку світіння. І тут теж немає розриву. З таким же парадоксом ми стикалися при перетині лінії зміни дат.

Справа в тому, що жоден з двох графіків доводить ні розривність, ні безперервність: насправді ми маємо лише жменькою емпіричних точок, і будь-яка крива, проведена через них, є не більше ніж лінія інтерпретації спостерігача. Вибір безперервної або розривної кривої - справа смаку.

Проте, з роками накопичувалося все більше даних, зібраних в різних лабораторіях на різних організмах, але при однаковій схемі експерименту. Все важче стало малювати правдоподібну розривну криву.
Безперервність кривої тепер не викликає сумніву. Проте, слідуючи прокрустове логіці, безперервну криву зазвичай розрізають на два шматки і вставляють між ними 24-годинний стрибок, який не містить жодної експериментальної точки. Таким шляхом дані експериментів зазвичай підганяються під уявний непарний тип підстроювання фази пої збереженні видимості випередження та затримок фази, розділених крапкою розриву. Після такої штучної процедури можна дозволити собі поміркувати про генетичному, біохімічному і еволюційному значенні такого різкого стрибка фази. Однак це розумовий

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар